DE19508284A1 - Optisches Sende-Empfangs-Modul - Google Patents
Optisches Sende-Empfangs-ModulInfo
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Description
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der
Optoelektronik und insbesondere auf das Gebiet der optischen
Kommunikation.
Die Verwendung einer Licht-emittierenden Diode ("LED") und
entweder einer Photodiode oder eines Phototransistors zusam
men mit einer geeigneten Versorgungsschaltung, um ein opti
sches Sende-Empfangs-Gerät zu bilden, ist bekannt. Ein typi
scher Kommunikationskanal wird mittels zweier derartiger op
tischer Sende-Empfangs-Geräte realisiert, wobei die LED in
dem ersten Sende-Empfangs-Gerät in einer optischen Verbin
dung mit der Photodiode oder dem Phototransistor in dem
zweiten Sende-Empfangs-Gerät steht, und die LED in dem zwei
ten Sende-Empfangs-Gerät in einer optischen Verbindung mit
der Photodiode oder dem Phototransistor in dem ersten Sen
de-Empfangs-Gerät steht. Ein solches Paar von Sende-Emp
fangs-Geräten bildet einen optischen seriellen Kommunika
tionskanal. Die Sende-Empfangs-Geräte arbeiten typischerwei
se in dem optischen Infrarot-Frequenzband ("IR"-Frequenz
band).
Bekannte Realisierungen dieser optischen Sende-Empfangs-Ge
räte besitzen mehrere Mängel. Sie sind aus einer Mehrzahl
von diskreten Komponenten aufgebaut, die zusammen einen we
sentlichen Anteil der Schaltungsplatinenfläche ("PCB"; PCB =
Printed Circuit Board) besetzen. Bei allen bekannten Reali
sierungen sind die LED und die Photodiode oder der Photo
transistor diskrete Geräte mit zwei oder drei Anschlußstif
ten. Diese Komponenten erfordern oftmals ein manuelles Ein
fügen in die Schaltungsplatine und eine anfängliche manuelle
Ausrichtung und unterliegen stets dem Verlust dieser Aus
richtung, da das Gehäuse mit den zwei oder drei Anschluß
stiften nicht sehr stabil ist und leicht verbogen oder be
schädigt werden kann. Die Anzahl der Stellungen, in denen
die Komponente in oder auf der Schaltungsplatine befestigt
werden kann, um einen durchführbaren Kommunikationskanal zu
bilden, ist ebenfalls sehr begrenzt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein inte
griertes optisches Sende-Empfangs-Gerät und ein Gehäuse für
daßelbe zu schaffen, das leicht und dauerhaft in einer be
liebigen Anzahl von Stellungen in oder auf einer Schaltungs
platine installiert werden kann und weniger Schaltungsplati
nenfläche besetzt als bekannte Sende-Empfangs-Geräte.
Diese Aufgabe wird durch ein optisches Sende-Empfangs-Gerät
gemäß Anspruch 1 und ein Gehäuse gemäß Anspruch 3 gelöst.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zur Herstellung des optischen Sende-Empfangs-Ge
räts zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines
optischen Sende-Empfangs-Geräts gemäß Patentanspruch 8 ge
löst.
Die vorliegende Erfindung weist ein optisches Sende-Emp
fangs-Modul auf, wobei eine Vielzahl von elektronischen
Komponenten des Moduls als eine einzige integrierte Schal
tung ("IC"; IC = Integrated Circuit) ausgebildet sind. Die
LED- und PIN-Photodioden bleiben jedoch diskrete Komponen
ten. Die integrierte Schaltung und die notwendigen diskreten
Komponenten werden dann mit einem einzigen Anschlußleitungs
rahmen gekoppelt. Die Kombination des Anschlußleitungsrah
mens und der Schaltung werden dann in ein Kunststoff-artiges
Material eingekapselt. Das resultierende Sende-Empfangs-Ge
rät weist ein einziges Gehäuse auf, das in mehreren ver
schiedenen Stellungen in oder auf einer Schaltungsplatine
befestigt werden kann. Das Gehäuse ist nach der Befestigung
sehr starr, wodurch sichergestellt ist, daß sich die opti
sche Ausrichtung nach der anfänglichen Installation nicht
wesentlich ändert. Das Gehäuse ist ferner derart anpaßbar,
daß Montageroboter verwendet werden können, um die Sende-
Empfangs-Geräte zu befestigen. Die verschiedenen Befesti
gungsstellungen machen es nur erforderlich, daß die An
schlußleitungen des Anschlußleitungsrahmens nach der Ein
kapseloperation unterschiedlich gebogen sind. Da nur ein
Anschlußleitungsrahmen, ein Gehäuseentwurf und eine Guß
operation erforderlich sind, um ein Sende-Empfangs-Gerät zu
erzeugen, das in mehreren verschiedenen Stellungen befestigt
werden kann, sind die Kosten der Herstellung des Sende-Emp
fangs-Geräts relativ gering gehalten.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm des Schaltungsaufbaus der vor
liegenden Erfindung;
Fig. 2a und 2b, wie ein erstes Ausführungsbeispiel der vor
liegenden Erfindung zusammengesetzt ist;
Fig. 3a bis 3d eine Vorderansicht, bzw. eine erste, zweite
und dritte Seitenansicht der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine erste Befestigungsstellung der vorliegenden Er
findung;
Fig. 5 eine zweite Befestigungsstellung der vorliegenden
Erfindung; und
Fig. 6 eine dritte Befestigungsstellung der vorliegenden
Erfindung.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das die elektronischen Kompo
nenten des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Er
findung zeigt. Bei einem optischen Sende-Empfangs-Modul 10
treibt eine Serienimpuls-Eingangsleitung 11 einen Leistungs
transistor 12, der wiederum mit einer LED 14 gekoppelt ist
und dieselbe treibt, welche eine IR-LED (Infrarot-LED) mit
einer Spitzenausgangswellenlänge von 870 Nanometern ist. Ei
ne Silizium-Photodiode 16 empfängt die ankommenden Impulse
des IR-Lichts. Die Ausgabe der Photodiode 16 wird zu einem
Empfänger-Vorverstärker 18 gekoppelt. Die Ausgabe des Vor
verstärkers 18 wird dann wiederum zu einem Nachverstärker 20
gekoppelt. Sowohl der Vorverstärker als auch der Nachver
stärker 18 und 20 sind bekannte Operationsverstärker. Die
Ausgabe des Nachverstärkers 20 wird zu einem Analog/Digi
tal-Wandler 22 gekoppelt, der die elektrischen Impulse, die
von dem Nachverstärker 22 empfangen werden, in CMOS/TTL-
kompatible (TTL = Transistor-Transistor-Logik), logische
Impulse umwandelt. Diese Impulse werden von dem Sende-Emp
fangsgerät über eine Ausgangsleitung 23 übertragen.
Die Fig. 2a und 2b zeigen die elementaren Schritte, die er
forderlich sind, um ein erstes Ausführungsbeispiel der vor
liegenden Erfindung herzustellen. Wie in Fig. 2a gezeigt
ist, wird eine integrierte Schaltung 101 an einem Anschluß
leitungsrahmen 103 befestigt. Kondensatoren 102, eine LED
104 und eine Photodiode 106 werden ebenfalls mit dem An
schlußleitungsrahmen 103 gekoppelt. In Fig. 2b ist der An
schlußleitungsrahmen 103 in eine Gußmaschine (nicht gezeigt)
eingefügt, wobei die integrierte Schaltung 101, die Konden
satoren 102, die LED 104 und die Photodiode 106 an demselben
befestigt sind. Der Körper des Sende-Empfangs-Geräts 105 ist
um die Kombination des Anschlußleitungsrahmens und der inte
grierten Schaltung gegossen. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist MG-18 Hysol verwendet, um den Körper des Sende-Emp
fangs-Geräts zu bilden. Dem Gußmaterial wurde ein spektraler
Farbstoff zugesetzt, der dasselbe für IR-Licht einer Spit
zenwellenlänge von etwa 870 Nanometer durchlässig und für
Licht anderer Wellenlängen undurchlässig beläßt.
Wie in den Fig. 3a bis 3d gezeigt ist, ist das Sende-Emp
fangs-Gerät 120 mit einer ersten gegossenen Linsenform 121
über der LED (nicht gezeigt) und einer zweiten gegossenen
Linsenform 123 über der Photodiode (nicht gezeigt) gebildet.
Anschlußleitungsrahmen-Abgriffstellen 124 erstrecken sich
von dem Körper des Sende-Empfangs-Geräts 120 und liefern ei
ne zusätzliche Unterstützung, sobald das Sende-Empfangs-Ge
rät 120 auf einer Schaltungsplatine befestigt ist. Die An
schlußleitungen 126 wurden bei dieser Darstellung in kein
spezielles Installationsmuster gebogen. Ein Befestigungsfuß
128 liefert in bestimmten Befestigungsstellungen ebenfalls
eine strukturelle Unterstützung für das Sende-Empfangs-Gerät
120.
Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen, wie die vorliegende Erfindung
mittels des bloßen Formens der Anschlußleitungen 126 auf
verschiedene Arten in mehreren möglichen Ausrichtungen be
festigt werden kann. In Fig. 4 wurde das Sende-Empfangs-
Gerät 120 mittels der Oberflächenbefestigungstechnik be
festigt, wobei der Kommunikationskanal in eine Richtung
senkrecht zu der Schaltungsplatine wirksam ist. Es sollte
offensichtlich sein, daß die Sende-Empfangs-Gerät-Anschluß
leitungen mittels einer Oberflächentechnik befestigt sein
können oder durch die Schaltungsplatine hindurch eingefügt
sein können, ohne den Sende-Empfangs-Geräte-Körper in ir
gendeiner Weise zu ändern. Die einzigen Änderungen, die er
forderlich sind, um die Befestigungsstellung zu ändern oder
zwischen einer Oberflächenbefestigung und einer Durchgangs
lochbefestigung zu wechseln, sind die Veränderungen beim
Biegen der Anschlußleitungen 126 und deren endgültige Länge.
Bei der Befestigungsstellung, die in Fig. 4 gezeigt ist,
sitzt der Befestigungsfuß 128 (nicht gezeigt) auf der Ober
seite der Schaltungsplatine und stabilisiert das Sende-Emp
fangs-Gerät zusätzlich.
Fig. 5 zeigt das Sende-Empfangs-Gerät 120, das senkrecht zu
der Schaltungsplatine befestigt ist, wobei der Kommunika
tionskanal parallel zu der Schaltungsplatine wirksam ist. In
dieser Ausrichtung liefert der Befestigungsfuß 128 keine zu
sätzliche Unterstützung für das Sende-Empfangs-Gerät. Diese
Unterstützung wird durch die Anschlußleitungsrahmen-Abgriff
stellen 124 vorgesehen, die gebogen sind und in Löcher auf
der Seite des Sende-Empfangs-Geräts eingefügt sind.
Eine weitere mögliche Befestigungsstellung ist in Fig. 6 ge
zeigt. In dieser Stellung verläuft der optische Kommunika
tionskanal parallel zu der Schaltungsplatine, wie in der
Stellung, die in Fig. 5 gezeigt ist. Jedoch ist bei der
Stellung, die in Fig. 6 gezeigt ist, der Kanal in der glei
chen Ebene wie die Schaltungsplatine. Eine Kerbe, die in die
Schaltungsplatine geschnitten ist, ermöglicht es, daß das
Sende-Empfangs-Gerät 120 derart befestigt und gebogen wird,
daß die LED und der Phototransistor in die Kerbe passen und
nach außen gerichtet sind. Die Anschlußleitungsrahmen-Ab
griffstellen 124 liefern in dieser Stellung eine Unterstüt
zung für das Sende-Empfangs-Gerät.
Eine Durchgangsloch- oder Oberflächen-Befestigung kann mit
tels des unterschiedlichen Formens der Anschlußleitungen 126
auf alle diese Befestigungsstellungen angepaßt werden. Bei
allen diesen Befestigungsstellungen liefern entweder der ge
formte Befestigungsfuß 128 oder die Anschlußleitungsrahmen-
Abgriffstellen 124 eine strukturelle Unterstützung. Die vor
liegende Erfindung schafft folglich ein optisches Kommunika
tions-Sende-Empfangs-Gerät, das auf viele unterschiedliche
Arten auf einer Schaltungsplatine befestigt werden kann, und
das ordnungsgemäß ausgerichtet bleibt, ausgenommen bei einer
unvorhergesehenen Beschädigung der Schaltungsplatine, auf
oder in der das Sende-Empfangs-Gerät befestigt wurde.
Es ist ohne weiteres offensichtlich, daß bei den Anwendun
gen, bei denen ein paralleler optischer Kommunikationskanal
erwünscht sein kann, mehrere LED/Phototransistor-Paare in
einem einzigen Gehäuse eingeschlossen sein könnten, und daß
der zusätzliche Schaltungsaufbau, der erforderlich ist, um
derartige Operationen zu unterstützen, ebenfalls auf der
einzigen integrierten Schaltung, die hierin verwendet ist,
hergestellt sein könnte, oder als diskrete Komponenten aus
gebildet sein könnte und mit dem Anschlußleitungsrahmen und
der integrierten Schaltung gekoppelt sein könnte.
Claims (9)
1. Optisches Sende-Empfangs-Gerät (120) mit folgenden Merk
malen:
einer ersten optischen Sende-Empfangs-Schaltung (10), die zumindest eine Licht-emittierende Sendediode und ei nen Empfangs-Phototransistor aufweist;
einem Anschlußleitungsrahmen (103) mit einer Mehrzahl von Anschlußleitungen, auf denen die erste optische Sen de-Empfangs-Schaltung (10) befestigt ist und mit denen die optische Sende-Empfangs-Schaltung (10) gekoppelt ist; und
einem gegossenen Gehäuse (105), das den Anschlußlei tungsrahmen und die optische Sende-Empfangs-Schaltung umgibt, wobei das gegossene Gehäuse für das Licht, das von der Licht-emittierenden Diode erzeugt wird und von dem Phototransistor empfangen wird, im wesentlichen transparent ist, wobei sich die Anschlußleitungen des Anschlußleitungsrahmens (103) von dem Gehäuse (105) er strecken, und wobei das Sende-Empfangs-Gerät (120) eine Mehrzahl von Befestigungsstellungen abhängig von der endgültigen Konfiguration der Anschlußleitungen, die sich von dem Gehäuse (105) erstrecken, aufweist.
einer ersten optischen Sende-Empfangs-Schaltung (10), die zumindest eine Licht-emittierende Sendediode und ei nen Empfangs-Phototransistor aufweist;
einem Anschlußleitungsrahmen (103) mit einer Mehrzahl von Anschlußleitungen, auf denen die erste optische Sen de-Empfangs-Schaltung (10) befestigt ist und mit denen die optische Sende-Empfangs-Schaltung (10) gekoppelt ist; und
einem gegossenen Gehäuse (105), das den Anschlußlei tungsrahmen und die optische Sende-Empfangs-Schaltung umgibt, wobei das gegossene Gehäuse für das Licht, das von der Licht-emittierenden Diode erzeugt wird und von dem Phototransistor empfangen wird, im wesentlichen transparent ist, wobei sich die Anschlußleitungen des Anschlußleitungsrahmens (103) von dem Gehäuse (105) er strecken, und wobei das Sende-Empfangs-Gerät (120) eine Mehrzahl von Befestigungsstellungen abhängig von der endgültigen Konfiguration der Anschlußleitungen, die sich von dem Gehäuse (105) erstrecken, aufweist.
2. Optisches Sende-Empfangs-Gerät gemäß Anspruch 1, bei dem
die optische Sende-Empfangs-Schaltung ferner folgende
Merkmale aufweist:
eine Infrarotlicht-emittierende Diode (14);
einen Leistungstransistor (12), der mit der Infrarot licht-emittierenden Diode (14) gekoppelt ist, zum Trei ben der Infrarotlicht-emittierenden Diode (14);
eine Photodiode (16), die eine Infrarotstrahlung in ei nen elektrischen Strom umwandelt; und
eine Empfängerschaltung (18, 20), die mit der Photodiode gekoppelt ist, zum Verstärken und Umwandeln des elektri schen Stroms.
eine Infrarotlicht-emittierende Diode (14);
einen Leistungstransistor (12), der mit der Infrarot licht-emittierenden Diode (14) gekoppelt ist, zum Trei ben der Infrarotlicht-emittierenden Diode (14);
eine Photodiode (16), die eine Infrarotstrahlung in ei nen elektrischen Strom umwandelt; und
eine Empfängerschaltung (18, 20), die mit der Photodiode gekoppelt ist, zum Verstärken und Umwandeln des elektri schen Stroms.
3. Gehäuse (120) für ein optisches Sende-Empfangs-Gerät mit
folgenden Merkmalen:
einem Anschlußleitungsrahmen (103) zum Befestigen des Schaltungsaufbaus (10) eines optischen Sende-Empfangs- Geräts, wobei der Schaltungsaufbau die Funktionen des optischen Sende-Empfangs-Geräts durchführt, wobei der Anschlußleitungsrahmen (103) eine Mehrzahl von Ausgangs anschlußleitungen aufweist, wobei der Schaltungsaufbau in dem Anschlußleitungsrahmen befestigt und mit den Aus gangsanschlußleitungen gekoppelt ist; und
einer Ummantelung (105), die den Anschlußleitungsrahmen (103) und den Schaltungsaufbau (10) umgibt, wobei die Ummantelung (105) für Licht einer vorbestimmten Wellen länge durchlässig ist, wobei die Ummantelung (105) zu sätzlich Trägerbeine (124, 128) aufweist, die das Tragen des Gehäuses nach der Installation des Gehäuses in vor bestimmten Stellungen unterstützen.
einem Anschlußleitungsrahmen (103) zum Befestigen des Schaltungsaufbaus (10) eines optischen Sende-Empfangs- Geräts, wobei der Schaltungsaufbau die Funktionen des optischen Sende-Empfangs-Geräts durchführt, wobei der Anschlußleitungsrahmen (103) eine Mehrzahl von Ausgangs anschlußleitungen aufweist, wobei der Schaltungsaufbau in dem Anschlußleitungsrahmen befestigt und mit den Aus gangsanschlußleitungen gekoppelt ist; und
einer Ummantelung (105), die den Anschlußleitungsrahmen (103) und den Schaltungsaufbau (10) umgibt, wobei die Ummantelung (105) für Licht einer vorbestimmten Wellen länge durchlässig ist, wobei die Ummantelung (105) zu sätzlich Trägerbeine (124, 128) aufweist, die das Tragen des Gehäuses nach der Installation des Gehäuses in vor bestimmten Stellungen unterstützen.
4. Gehäuse (120) gemäß Anspruch 3, bei dem der Anschlußlei
tungsrahmen (103) ferner eine Mehrzahl von Trägeran
schlußleitungen (124) aufweist, die einen Teil des An
schlußleitungsrahmens (103) bilden, keine Kopplung zu
dem Schaltungsaufbau (10) darstellen und eine zusätz
liche Unterstützung für das Gehäuse (120) nach der In
stallation des Gehäuses liefern.
5. Das Gehäuse (120) gemäß Anspruch 3 oder 4, bei dem die
Ummantelung (105) eine erste und eine zweite Linse (121,
123) aufweist, wobei die erste Linse (123) Licht auf ei
ne Photodiode (16), die einen Teil des Schaltungsaufbaus
bildet, fokussiert, und die zweite Linse (121) Licht,
das von einer Licht-emittierenden Diode (14), die einen
Teil des Schaltungsaufbaus (10) bildet, emittiert wird,
fokussiert.
6. Gehäuse gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die
Anschlußleitungen des Anschlußleitungsrahmens (103) der
art gebildet sind, daß das Gehäuse auf einer Schaltungs
platine befestigt werden kann, wobei Licht von dem Sen
de-Empfangs-Gerät senkrecht zu der Schaltungsplatine ge
sendet und empfangen wird.
7. Gehäuse gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die
Anschlußleitungen des Anschlußleitungsrahmens (103) der
art gebildet sind, daß das Gehäuse auf einer Schaltungs
platine befestigt werden kann, wobei Licht von dem Sen
de-Empfangs-Gerät parallel zu der Schaltungsplatine ge
sendet und empfangen wird.
8. Verfahren zum Herstellen eines optischen Sende-Emp
fangs-Geräts (120), das in einer Mehrzahl von Befesti
gungsstellungen befestigt und betrieben werden kann, wo
bei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Befestigen des optischen Sende-Empfangs-Schaltungsauf baus auf einem Anschlußleitungsrahmen (103);
Koppeln des optischen Sende-Empfangs-Schaltungsaufbaus (10) mit dem Anschlußleitungsrahmen (103); und
Einkapseln des Anschlußleitungsrahmens (103) und des op tischen Sende-Empfangs-Schaltungsaufbaus (10) in ein Einkapselungsmaterial.
Befestigen des optischen Sende-Empfangs-Schaltungsauf baus auf einem Anschlußleitungsrahmen (103);
Koppeln des optischen Sende-Empfangs-Schaltungsaufbaus (10) mit dem Anschlußleitungsrahmen (103); und
Einkapseln des Anschlußleitungsrahmens (103) und des op tischen Sende-Empfangs-Schaltungsaufbaus (10) in ein Einkapselungsmaterial.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, das ferner den Schritt des
Biegens des Anschlußleitungsrahmens (103) nach dem Ein
kapselungsschritt aufweist, um die Befestigung des opti
schen Sende-Empfangs-Geräts (120) in einer Mehrzahl von
Befestigungsstellungen zu ermöglichen.
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